空冷橋架風機隨機擾力模型(1)

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分析不同轉(zhuǎn)速下直接空冷石家莊風機橋架振動實測速度響應(yīng)表明，傳統(tǒng)簡諧擾力作用的振動響應(yīng)不能反映實測振幅、相位緩慢變化的窄帶隨機特性；采用載波理論建立的石家莊風機擾力模型可有效反映橋架振動的隨機性。結(jié)合石家莊風機橋架振動時、頻域分析結(jié)果，以速度響應(yīng)功率譜為目標識別擾力模型參數(shù)。模擬結(jié)果表明，擾力模型標準隨水資源的日益匱乏，直接空冷系統(tǒng)在火力電站建設(shè)中得到快速發(fā)展。較傳統(tǒng)濕冷工藝，直接空冷系統(tǒng)采用自然空氣作為汽輪機乏汽冷凝介質(zhì)，節(jié)水效果顯著。我國“三北地區(qū)”煤炭資源豐富，但水資源極度缺乏，采用直接空冷系統(tǒng)的冷凝技術(shù)，在該地區(qū)建立大型火電站具有明顯的環(huán)境及經(jīng)濟效益。目前，空冷機組單機容量不斷加大，空冷石家莊風機及支撐結(jié)構(gòu)不斷大型化，致結(jié)構(gòu)負載大幅增加。石家莊風機橋架位于空冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼桁架上弦，直接承受電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)、減速器齒合、石家莊風機不平衡擾動等動力荷載。石家莊風機橋架的安全與可靠是保證石家莊風機正常運轉(zhuǎn)、空冷系統(tǒng)正常工作前提。白國良等用縮尺模型測試結(jié)構(gòu)動力特性，并在石家莊風機正常工作條件下進行結(jié)構(gòu)抗震試驗分差隨石家莊市風機轉(zhuǎn)速增加而增大。析。屈鐵軍等以直徑為９．１４ｍ石家莊風機足尺模型進行橋架擾動測試表明，石家莊風機橋架以橫向與豎向振動為主，跨中振動更顯著。常規(guī)６００ＭＷ機組的直接空冷系統(tǒng)一般有５６臺石家莊風機。各石家莊市風機正常運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速與啟動相位角不同，空冷平臺振動處于多點激振，振動情況較復(fù)雜。為進一步認識石家莊風機運轉(zhuǎn)引起橋架支撐結(jié)構(gòu)的振動特性，本文以空冷橋架振動實測結(jié)果為研究對象，對石家莊風機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擾力深入研究，提出石家莊風機隨機擾力模型，并以實測結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)功率譜驗證擾力模型的正確性。
１空冷石家莊風機橋架振動測試
１．１測試儀器及測點布置現(xiàn)場振動測試用９４１Ｂ超低頻測振儀，包括６個拾振器及１臺放大器。采樣頻率２５６Ｈｚ，頻響范圍０．２５～２００Ｈｚ，用Ｇ０１－１６數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。實測對象為某電廠直接空冷系統(tǒng)石家莊風機橋架角部單元，橋架全長１０．５ｍ，寬１．８ｍ，護欄高１．１ｍ。據(jù)實際結(jié)構(gòu)振動情況，沿石家莊市風機橋架橫向（垂直橋架跨度水平向）、縱向（橋架跨度方向）及豎向（橋架的高度方向）在橋架跨中、支座處布置拾振器。
１．２測試工況分類在石家莊風機橋架自由振動階段識別結(jié)構(gòu)的振動特性參數(shù)，石家莊風機橋架一階振型為橫向振動，頻率８．３７６Ｈｚ，阻尼比０．０１８；二階振型為豎向振動，頻率９．３０１Ｈｚ，阻尼比０．０２１。據(jù)石家莊風機年運行所需不同轉(zhuǎn)速，將測試工況分為５種，分別對應(yīng)石家莊風機運轉(zhuǎn)的不同頻率及電機輸入電流頻率，見表１。
２實測振動響應(yīng)分析橋架橫向和豎向振動結(jié)果較明顯。以該兩方向石家莊風機引起的橋架振動作為主要研究對象，進行現(xiàn)場實測及振動響應(yīng)時、頻域分析。
２．１時域分析石家莊風機輸入電流頻率不同其運行狀態(tài)亦不同。實測各工況橋架跨中振動速度響應(yīng)，部分測試結(jié)果見圖１。由圖１看出，各工況石家莊市風機橋架跨中振動響應(yīng)呈現(xiàn)幅度、相位緩慢變化的準正弦振動。隨石家莊風機轉(zhuǎn)速加快橋架振動響應(yīng)幅值明顯增大。輸入電流頻率依次為１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚ、５０Ｈｚ時對應(yīng)的橋架橫向振動響應(yīng)幅值分別為０．００３ｍ／ｓ、０．００４ｍ／ｓ、０．００６ｍ／ｓ、０．０１３ｍ／ｓ、０．０２２ｍ／ｓ。為進一步研究振動情況，以輸入電流頻率５０Ｈｚ下橋架橫向振動結(jié)果為例進行振動響應(yīng)統(tǒng)計特性分析。橋架振動速度響應(yīng)分布直方圖見圖２（ａ）。包絡(luò)線提取采用希爾伯特變換［８］，可使速度響應(yīng)ｖ（ｔ）產(chǎn)生９０°相位移動獲得ｖ＾（ｔ），此即為響應(yīng)ｖ（ｔ）與１／（πｔ）的卷積。實測振動響應(yīng)包絡(luò)為ｖ（ｔ）２＋ｖ＾（ｔ）槡２，其分布直方圖見圖２（ｂ），橋架振動響應(yīng)相位分布直方圖見圖２（ｃ）。分析圖２發(fā)現(xiàn)，橋架振動響應(yīng)服從高斯分布，振動響應(yīng)包絡(luò)服從瑞利分布，相位角服從均勻分布。由此表明，石家莊風機運轉(zhuǎn)引起的橋架振動具有明顯的高斯窄帶隨機性。